变截面翅片通道内过冷沸腾可视化试验

以水为介质,对三角多孔翅片(TP)和横排锯齿翅片(TDS)两种变截面翅片通道的过冷沸腾进行了可视化试验。研究了体积流量、过冷度与热通量对过冷沸腾起始位置的影响,通过观察变截面翅片流道内单个气泡形成、生长与合并或脱离的过程,对比分析两种变截面翅片对流沸腾传热强化机理。试验结果表明:TDS翅片通道内气泡从出现到消失的平均周期约为TP翅片的一半;过冷沸腾起始位置随着体积流量的增大,逐渐向流道出口处移动;而随着热通量的增大和过冷度的减小逐渐靠近流道入口处;过冷度对过冷沸腾起始位置的影响比热通量对其的影响更大。     

基于可视化试验的板翅通道内过冷沸腾汽泡行为分析

以水为介质,对板翅式换热器的2种变截面翅片:横排锯齿翅片(TDS)和三角多孔翅片(TP)通道内的强制对流过冷沸腾现象进行了可视化研究。分析了过冷度对汽化核心数的影响;热流密度、体积流量和过冷度对汽泡脱离直径的影响。通过观察强制对流过冷沸腾流型揭示了变截面翅片通道内的沸腾强化传热机理。研究结果表明:2种流道内过冷沸腾流型类似,分为气泡形成区、发展区和消失区;变截面流道气泡平均脱离直径随着体积流量和过冷度的增加而减小,随着热流密度的提高而增大;在相同工况下,TP流道形成的汽化核心数量多于TDS流道;TDS流道的气泡平均脱离直径比TP流道高约1.4倍。     

流动过冷沸腾传热强化及阻垢

在流动沸腾传热实验中,考察了CaCO3污垢溶液的形成过程及各种工艺条件对流动过冷沸腾传热的影响. 研究条件包括流体速度、溶液温度、CaCO3溶液浓度及热通量,实验中发现了一些规律. 同时还考察了不同阻垢剂[聚天冬氨酸(PASP)、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)及氨基三甲叉膦酸(ATMP)]对流动过冷沸腾传热的影响. 结果表明,所选阻垢剂均能抑制污垢的生成并降低了污垢热阻,而且存在最佳浓度范围. 但不同阻垢剂的阻垢效果不尽相同,在本实验条件下,ATMP的阻垢效果最好,PBTCA次之,PASP的阻垢效果较差.     

高压高过冷度下过冷流动沸腾数值模拟

采用双流体模型对高压高过冷度下垂直圆管中水的过冷流动沸腾进行了数值模拟。通过对比不同气泡直径模型,揭示了气泡直径对于壁面传热方式的影响,确定了适合高压工况的气泡直径模型。考察了压力及壁面热通量对流动及传热特性的影响。计算结果表明,压力增加气泡脱离直径减小,单相对流传热所占比例增加,表面传热系数减小。高压高过冷度特征决定了气泡相分布极不均匀,随着热通量的增加,壁面附近容易形成气泡的密集,对过冷流动沸腾中的传热特性有重要影响。     

不同宽度窄缝通道过冷沸腾

以去离子水为实验工质,在窄缝宽度δ=3、4 mm,质量流速G=143、300 kg·m^-2·s^-1,主流过冷度ΔT_sub=17、25℃,热通量q=1～20 W·cm^-2的参数范围内,对常压下竖直窄缝通道内向上流动过冷沸腾的换热规律进行了实验研究。对不同宽度窄缝通道内的同一区域过冷沸腾气泡演变过程进行了可视化实验分析,发现窄缝宽度因素对过冷流动沸腾的流动换热特性和壁面核化特性影响显著,其中包括沸腾起始点ONB,压降ΔP,传热系数h,汽化核心密度N_a,气泡脱离直径D_d,气泡脱离频率f等。     

竖直圆管内液氮过冷流动沸腾数值模拟研究

在现有数学模型的基础上,从沸腾换热的机理入手,对过冷流动沸腾模型中的气泡参量模型进行了修正,分析确定了壁面热流密度的拆分方法,构建出适应于液氮的过冷沸腾计算模型。将新模型应用于CFX4.4中,对液氮在三维竖直圆管内的过冷流动沸腾进行了数值模拟。研究发现,在过冷流动沸腾形成之后,蒸发热流成为壁面换热的主要部分,沸腾换热占据换热的主导地位。数值模拟结果与已有的实验数据吻合较好,证明了新建模型的正确性。     

过冷流动沸腾中气泡浮升直径的实验及理论研究

研究气泡浮升直径对揭示过冷流动沸腾的传热机理至关重要。为探究流动工况对气泡浮升直径的影响机制,针对发动机缸盖沸腾区域的冷却通道设计了一个水动力相似的矩形实验通道,搭建了过冷流动沸腾可视化实验循环系统。基于该可视化实验系统,研究了系统压力、壁面过热度、流速以及液体过冷度对气泡浮升直径的影响,发现气泡浮升直径随着系统压力、流速以及过冷度的增大而变小,随着壁面过热度的增大而增大。建立了气泡在浮升时刻的力平衡模型,该力平衡模型的预测值与实验值的平均相对误差为12.25%。为了便于工程应用,基于气泡浮升直径的力平衡模型,建立了气泡浮升直径的经验模型,该经验模型的预测值与实验值的平均相对误差为6.80%。     

单面与双面加热时窄缝流道内过冷沸腾气泡行为的比较

引　言流道几何尺寸影响到流动沸腾换热的特性 ,窄缝内的气泡动力学特征与非窄缝有很大差异 .工程技术中有许多场合应用到窄缝流动特性[1] .Rizwan Uddin等[2 ] 对单热流和双峰热流的两相流进行了稳定性分析 ,发现热流对稳定性边界图影响不大 ,而对入口过冷度等系统参数影响较大 .Yoshida等[3,4 ] 对各种工质的单管和双管内热虹吸进行了研究 ,发现单管和双管内的热虹吸及传热、流型等存在很大差异 .单面及双面加热时应该和热虹吸管内情况较类似 ,但还未见关于矩形窄缝流动沸腾单双面气泡动力学问题的研究报道 .　　在长期科研实践中 ,得到…     

微小通道内过冷流动沸腾阻力特性实验及预测研究

实验探究了微小圆管内(内径1 mm)过冷水流动沸腾的阻力特性，参数范围：热通量4.0～5.6 MW/m²，压力3.0～5.0 MPa，质量流速2000～4200 kg/(m² s)，进口热力学干度-0.50～-0.10。获取了质量流速、压力、热通量等参数对过冷沸腾阻力的影响，并重点关注其预测方法。将测试数据与典型阻力关联式对比，结果表明，由于高热流、微通道等特殊因素，导致大部分阻力关联式的预测精度不够理想。为更准确预测高热流过冷沸腾阻力，基于LeakyReLU函数，建立了遗传算法优化的极限学习机模型(GA-ELM)，其预测精度优于传统关联式(平均绝对误差为2.0%)，且泛化性良好。研究工作可为微小尺度流动换热系统设计优化提供支撑。     

液氮过冷沸腾壁面换热特性的数值研究

应用计算流体力学(CFD)研究手段,对液氮过冷沸腾过程进行了模拟。系统分析了过冷沸腾壁面换热过程中存在的各传热模式,得到3部分热流沿管长的分布规律。计算结果表明,在过冷沸腾后期,蒸发热流成为壁面换热的主要模式。同时,就壁面热流密度的变化对3部分热流的影响进行了分析。随着壁面热流的增加,过冷沸腾出口处淬火热流和对流热流将减小,只有蒸发热流增大,且所占总热流份额绝对占优,壁面热流的增加促进了沸腾换热。     

Forced convection subcooled boiling of binary mixtures

A mode based on an additive mechanism of heat transfer is proposed for forced convection subcooled boiling of binary mixtures. The contributing modes of heat transfer are: (i) the heat transferred as latent heat by the rising bubbles, (ii) the heat transferred as the heat contained in the superheated thermal layer that is removed from the surface in the wake of the rising bubbles and (iii) the single phase forced convection heat transfer from the heating surface not influenced by the bubbles. Experimental data from the literature on binary systems show good agreement with the model, validating the postulated mechanism.     

竖直窄流道内过冷流动沸腾的单汽泡生长模型

The process of bubble growth on heating wall in subcooled boiling includes the micro-layer evaporation on heating wall and the bubble top coagulation when the bubbles grow to a certain size and emerge into the subcooled mainstream fluid. Based on this consideration, a model for the single bubble growth of subcooled flow boiling in vertical narrow rectangular channel was proposed.Compared with experimental results, the error of the simulation results using the proposed model is less than ±25%. The simulation results indicated that as the wall superheat increases, the bubble growth gets faster, with the subcooled degree of mainstream increases, the bubble growth in later stage would be slowed, with the contact angle increases, the contact radius of the bubble bottom and the wall tension would be strengthened, resulting in faster bubble growth to make the bubble to be flat and more easily exposed to the mainstream. The velocity of mainstream has no significant effects on bubble growth rate.     

高热流条件下过冷沸腾流动阻力特性试验研究

过冷沸腾在高热流冷却场合得到了广泛的应用,如聚变堆偏滤器冷却、压水堆堆芯冷却。其中,过冷沸腾流动阻力是换热系统设计的关键内容之一。试验研究了高热流条件下竖直通道内水的过冷沸腾流动阻力特性,试验段为内径6 mm、长径比44.4的不锈钢圆管。试验参数范围：热通量7.5~12.5 MW/m²,质量流速6000~10000 kg/(m²?s）,系统压力3~5 MPa,进口流体温度80~200℃。分析了质量流速、热通量、压力、沸腾数、Jacob数等参数对阻力的影响。结果显示,过冷沸腾流动阻力随着热流及质量流速的增加而增加,随压力增加而减小。将试验数据与文献中的经验关联式作对比,结果表明各关联式的预测误差较大,主要归结于拟合参数及工作流体的差异。研究发现管径尺寸效应也是影响阻力的一个因素,为此在前期成果的基础上,提出了一个添加管径因素修正项的经验关联式,该关联式的预测误差在±18%范围内。     

摇摆条件下圆管内过冷沸腾局部空泡时空分布特性

过冷流动沸腾在核能、动力、化工等工业领域广泛存在,局部空泡分布特性的准确预测对构建两相流数理模型及两相流动压降和传热特性计算均具有重要意义。实验借助光学探针测量手段研究摇摆条件下圆管内过冷沸腾局部空泡分布特性,并提出多周期同相位叠加方法获得摇摆运动条件下局部瞬时空泡份额。实验结果表明:摇摆条件下圆管内局部空泡分布呈现周期性波动规律,摇摆条件下圆管轴心区及近壁区均会出现局部空泡份额峰值,且流道近壁区局部空泡份额波动幅度最大;与静止条件下不同,摇摆运动周期内过冷沸腾局部空泡份额空间分布形态随时间发生变化;摇摆周期和摇摆角度对过冷沸腾局部空泡分布特性也存在一定影响。     

液氮过冷沸腾空泡份额分布规律的研究

为了分析低温流体在过冷沸腾中的相分布特性,对液氮在竖直圆管内的过冷沸腾过程进行了CFD数值模拟。通过修正气泡参量模型和改变过程的操作参数,系统地分析了空泡份额在加热上升管内的分布情况。结果表明,气液相间的热质传递决定着空泡份额的分布,截面平均空泡份额沿轴向非线性递增,沿径向呈U形分布。轴向截面平均空泡份额随着热流密度的增大而增大,随着入口质量流率和过冷度的增大而减小。